Étonnamment, il existe 17 types de zircone différents. C'est bien plus que 6 ou 7 ! Ces types sont classés selon certaines caractéristiques. Chacun d'entre eux présente des avantages spécifiques : résistance, résistance à la rouille, résistance à la chaleur et stabilité face aux défis.
Il est temps d'en savoir plus sur la zircone. Alors, continuez à lire !
Qu'est-ce que la zircone et combien de classes différentes possède-t-elle ?
Qu'est-ce que la zircone et combien de types existe-t-il ?
Oxyde de zircone/zirconium (ZrO2) C'est un matériau céramique haute performance capable de résister à des températures élevées. Il est issu de minéraux. Un scientifique allemand, Martin Heinrich Klaproth, a identifié la zircone en 1789 alors qu'il travaillait sur le zircon (ZrSiO₄). Il a obtenu des oxydes de zircon et leur a donné le nom de zircone. Plus tard, en 1824, un chimiste suédois, Jöns Jakob Berzelius, a isolé le zirconium du zircon pour la première fois.
La zircone est une fine poudre blanche. Très résistante, elle ne se brise pas facilement lorsqu'elle est exposée à de brusques variations de température. Elle résiste également aux produits chimiques agressifs.
Grâce à ces remarquables caractéristiques, la zircone trouve des applications dans de nombreux domaines. Elle est utilisée dans la fabrication de couteaux en céramique, d'instruments médicaux, de machines industrielles, de pièces aérospatiales et d'isolateurs électriques.
Il est également utilisé dans le développement d'autres matériaux technologiquement avancés, tels que les revêtements de protection contre la chaleur, les pots d'échappement automobiles, les capteurs d'oxygène et les membranes de piles à combustible. Grâce à sa compatibilité avec le corps humain, il peut être utilisé dans la fabrication de couronnes dentaires et d'implants médicaux.
À température ordinaire, la zircone est sous forme monoclinique. Cependant, lorsque la température augmente, elle subit une transformation de phase et change de forme. Son point de fusion est très élevé : il fond à 2 716 °C.
Voici comment cela se transforme :
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À 1170°C, elle devient de la zircone tétragonale.
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À 2 370 °C, il prend une forme cubique. Cette forme cubique est souvent utilisée pour fabriquer des bijoux qui ressemblent à des diamants.
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Au-dessus de 2370°C, et juste avant de fondre, la zircone prend une structure fluorite.
Ces changements affectent la stabilité de la zircone et modifient certaines de ses propriétés.
La zircone est regroupée en types en fonction de différentes caractéristiques :
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Méthodes de stabilisation, comme l’ajout de minéraux tels que l’yttria ou le calcium.
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Structures composites.
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Mélanges et utilisations spéciaux.
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Traitement et caractéristiques physiques.
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Applications uniques dans les industries.
17 types de zircone expliqués
Il existe 17 types de zircone largement utilisés dans la fabrication, par exemple dans la production de implants dentaires et instruments orthopédiques.
Types de zircone en fonction des méthodes de stabilisation
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Zircone monoclinique
Il s'agit de la forme la plus pure de zircone et la plus stable à température normale. Elle est également très cassante et peu résistante. Elle reste relativement fragile ; pour augmenter sa résistance, elle doit être convertie en polycristaux de zircone tétragonaux (TZP).
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Zircone tétragonale
Ce type est stable à haute température. Plus résistant et durable, il convient donc aux instruments dentaires et aux céramiques hautes performances.
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Zircone partiellement stabilisée (PSZ)
Ce type de zircone est composé à la fois de zircone monoclinique et de zircone tétragonale. Il est stabilisé à l'aide d'yttrium ou de calcia, c'est-à-dire de calcium. Le stabilisant utilisé modifie les propriétés de la PSZ. En général, elle est plus résistante et plus durable.
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Zircone entièrement stabilisée (FSZ)
La FSZ est une forme stable de zircone cubique. Elle présente une bonne stabilité chimique et à haute température. Grâce à ces caractéristiques, elle est utilisée dans les revêtements de barrière thermique ainsi que dans les capteurs.
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Zircone stabilisée à la céria (CSZ)
La CSZ est obtenue par dopage de la zircone avec du CeO₂. Elle est très stable, quasiment incassable et offre également de bonnes performances à basse température. Tous ces atouts la rendent idéale pour les applications médicales et industrielles.
Types de zircone basés sur des structures composites
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Alumine renforcée à la zircone (ZTA)
Le ZTA est une combinaison de zircone et d'alumine. Incorporés au ZTA, ces matériaux permettent d'obtenir un matériau encore plus dur et durable. Grâce à ces caractéristiques, le ZTA trouve des applications dans les domaines dentaires, les prothèses articulaires, les outils de coupe, les pièces de moteur et les équipements miniers, etc.
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NanoZR
Le NanoZR associe de minuscules particules de zircone à de l'alumine. Il s'agit d'une version améliorée du ZTA, offrant une résistance et une stabilité accrues à haute température. Ces qualités font du NanoZR un matériau idéal pour les instruments médicaux, les applications à haute température et les implants dentaires.
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Zircone multicouche (M3Y, M4Y, M5Y, M6Y et variantes hybrides comme M3Y-5Y, M3Y-4Y, etc.).
Ces types de zircone sont composés de couches de différents mélanges de zircone. Cette stratification leur confère une meilleure translucidité, une meilleure résistance et une meilleure compatibilité avec le corps. Le « Y » signifie yttria (Y₂O₃), et le nombre indique le nombre de moles d'yttria contenues dans chaque type. Par exemple, M3Y en contient 3, tandis que M5Y en contient 5. Ces caractéristiques font de la zircone multicouche un choix de choix pour les implants dentaires.
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Zircone durcie transformée
Ce type de zircone est fabriqué à partir de zircone tétragonale dont la phase est modifiée par contrainte. Extrêmement durable et résistant à l'usure, il est idéal pour les outils de coupe et les implants dentaires.
Types de compositions spéciales à base de zircone et applications
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Polycristaux de zircone tétragonale stabilisés à l'yttrium (Y-TZP)
L'Y-TZP est un sous-type de zircone modifié par l'ajout d'yttrium pour le rendre résistant et durable. Cela en fait l'une des formes de zircone les plus solides du marché. Sa grande résistance et sa stabilité expliquent son utilisation dans la fabrication de divers équipements et prothèses dentaires, ainsi que d'instruments chirurgicaux. Ces propriétés le rendent adapté aux applications exigeant résistance et durabilité.
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Zircone monolithique
La zircone monolithique est une version monocouche de la zircone Y-TZP. C'est l'un des matériaux les plus résistants et résistant aux sollicitations. Sa stabilité en fait un matériau idéal pour les applications dentaires, comme les couronnes et les bridges. Elle est donc parfaitement adaptée aux interventions médicales et dentaires, car elle peut être utilisée plusieurs fois sans fatigue.
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Zircone stabilisée à la magnésie (Mg-PSZ)
Ce type de zircone est ensuite stabilisé par l'ajout d'oxyde de magnésium et se caractérise par une résistance thermique et une ténacité à la rupture élevées. Grâce à ces propriétés, il est largement utilisé dans les applications à haute température, comme l'aéronautique, où les matériaux sont exposés à des températures élevées. Il est également employé pour les revêtements de fours et d'autres applications industrielles nécessitant une résistance élevée aux chocs thermiques.
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3 ans-HA
Ce type de zircone est une zircone partiellement stabilisée à l'yttrium et à l'hydroxyapatite, contenant 3 mol/% d'yttrium. Elle reproduit la structure hiérarchique du tissu osseux, raison pour laquelle elle est utilisée pour les implants orthopédiques. Cette zircone est intégrée à l'hydroxyapatite, ce qui améliore la liaison entre ce matériau et l'os et peut également favoriser la formation de nouveau tissu osseux.
Elle réduit également la perte de densité osseuse lors du retrait des implants et pourrait également avoir des effets antibactériens. Ce sont ces propriétés qui rendent la zircone 3Y-HA idéale pour la fabrication de vis, de plaques, d'articulations artificielles et d'autres composants utilisés pour la fixation des fractures osseuses porteuses.
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3 ans
La zircone 3Y est un autre type de zircone stabilisée avec 3 mol% yttria. Elle est reconnue pour sa résistance mécanique élevée et sa faible translucidité. Cette combinaison de propriétés en fait un choix populaire pour les couronnes et prothèses dentaires. Cependant, une quantité d'yttria supérieure à ce pourcentage peut entraîner une perte de résistance ; l'équilibre de sa composition est donc crucial. Ce matériau est reconnu pour les applications où l'esthétique et la résistance sont essentielles, comme en dentisterie esthétique et en prothèses médicales.
Types de zircone spécialisés en fonction du traitement et des propriétés
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Zircone à basse température (LTD)
La zircone LTD est conçue pour résister aux dommages causés par l'humidité. Cela la rend solide et durable en conditions humides. Elle est souvent utilisée pour les implants dentaires vieillissants et les outils industriels.
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Zircone pressée isostatique à chaud (HIP)
La zircone HIP est obtenue par haute pression et chaleur. Ce procédé lui confère une densité et une résistance exceptionnelles. Elle est utilisée dans des produits de haute qualité tels que les lames industrielles, les sous-bagues, les manchons MWD et les pièces de pistons de jet d'eau.
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Moulage par injection de céramique et de zircone
Pour le moulage par injection de céramique, on utilise des types de zircone stabilisée à l'yttrium, au magnésium et à la cérine. Durant le processus, la taille des particules est maintenue autour de 1 μm, ce qui améliore la résistance et la durabilité du produit final.
Types supplémentaires basés sur des applications spécifiques
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3Y-4Y, M3Y-5Y et autres variantes multicouches comme M4Y-5Y
Zircone multicouche Composé de trois couches de zircones yttria différentes, ces couches s'étendent du cœur à la surface. Il est utilisé dans les couronnes, bridges et implants dentaires de haute qualité. La zircone multicouche offre un aspect naturel, semblable à celui des dents naturelles, et est résistante. La zircone contenant davantage d'yttria est plus transparente, comme les dents naturelles, mais elle est moins flexible et moins durable.
Quels types de zircone sont utilisés en dentisterie ?
En dentisterie, certains types de zircone sont choisis pour leur résistance et leur innocuité. Les plus courants sont les polycristaux de zircone tétragonale stabilisée à l'yttrium (Y-TZP), la zircone stabilisée à la magnésie (Mg-PSZ) et l'alumine renforcée à la zircone (ZTA). Les dentistes les utilisent seuls ou en tant qu'éléments de zircone stratifiée.
Conclusion
Voici les 17 principaux types de zircone, dont la qualité s'améliore au fil du temps. Choisir le bon type pour votre produit peut s'avérer complexe. C'est pourquoi les fabricants de céramique vous aident à comprendre vos besoins et à créer le produit idéal.